Këtë javë vazhdojmë me artikullin e javës së kaluar.

1.2 Kondensatorë elektrolitikë

Dielektrik i përdorur në kondensatorët elektrolitikë është oksidi i aluminit i formuar nga korrozioni i aluminit, me një konstante dielektrike prej 8 deri në 8.5 dhe një forcë dielektrike pune prej rreth 0.07V/A (1µm=10000A). Megjithatë, nuk është e mundur të arrihet një trashësi e tillë. Trashësia e shtresës së aluminit zvogëlon faktorin e kapacitetit (kapacitetin specifik) të kondensatorëve elektrolitikë sepse fleta e aluminit duhet të gdhendet për të formuar një film oksidi alumini për të marrë karakteristika të mira të ruajtjes së energjisë, dhe sipërfaqja do të formojë shumë sipërfaqe të pabarabarta. Nga ana tjetër, rezistenca e elektrolitit është 150Ωcm për tension të ulët dhe 5kΩcm për tension të lartë (500V). Rezistenca më e lartë e elektrolitit kufizon rrymën RMS që kondensatori elektrolitik mund të përballojë, zakonisht në 20mA/µF.

Për këto arsye, kondensatorët elektrolitikë janë projektuar për tension maksimal tipik prej 450V (disa prodhues individualë projektojnë për 600V). Prandaj, për të marrë tensione më të larta, është e nevojshme t'i arrijmë ato duke i lidhur kondensatorët në seri. Megjithatë, për shkak të ndryshimit në rezistencën e izolimit të secilit kondensator elektrolitik, një rezistencë duhet të lidhet me secilin kondensator në mënyrë që të balancojë tensionin e secilit kondensator të lidhur në seri. Përveç kësaj, kondensatorët elektrolitikë janë pajisje të polarizuara, dhe kur tensioni i kundërt i aplikuar tejkalon 1.5 herë Un, ndodh një reaksion elektrokimik. Kur tensioni i kundërt i aplikuar është mjaftueshëm i gjatë, kondensatori do të derdhet. Për të shmangur këtë fenomen, një diodë duhet të lidhet pranë secilit kondensator kur përdoret. Përveç kësaj, rezistenca ndaj rritjes së tensionit të kondensatorëve elektrolitikë është përgjithësisht 1.15 herë Un, dhe ata të mirët mund të arrijnë 1.2 herë Un. Pra, projektuesit duhet të marrin në konsideratë jo vetëm tensionin e punës në gjendje të qëndrueshme, por edhe tensionin e rritjes kur i përdorin ato. Në përmbledhje, mund të vizatohet tabela krahasuese e mëposhtme midis kondensatorëve të filmit dhe kondensatorëve elektrolitikë, shih Fig.1.

2. Analiza e Aplikacionit

Kondensatorët DC-Link si filtra kërkojnë dizajne me rrymë të lartë dhe kapacitet të lartë. Një shembull është sistemi kryesor i lëvizjes së motorit të një automjeti me energji të re siç përmendet në Fig. 3. Në këtë aplikim, kondensatori luan një rol shkëputës dhe qarku paraqet një rrymë të lartë operimi. Kondensatori filmik DC-Link ka avantazhin e të qenit në gjendje të përballojë rryma të mëdha operimi (Irms). Merrni si shembull parametrat e automjetit me energji të re 50~60kW, parametrat janë si më poshtë: tensioni i funksionimit 330 Vdc, tensioni i valëzimit 10Vrms, rryma e valëzimit 150Arms@10KHz.

Pastaj kapaciteti minimal elektrik llogaritet si më poshtë:

Kjo është e lehtë për t’u zbatuar për projektimin e kondensatorëve të filmit. Duke supozuar se përdoren kondensatorë elektrolitikë, nëse merret në konsideratë 20mA/μF, kapaciteti minimal i kondensatorëve elektrolitikë llogaritet për të përmbushur parametrat e mësipërm si më poshtë:

Kjo kërkon disa kondensatorë elektrolitikë të lidhur paralelisht për të marrë këtë kapacitet.

Në aplikimet me mbitension, siç janë trenat e lehtë, autobusët elektrikë, metroja, etj. Duke pasur parasysh që këto energji janë të lidhura me pantografin e lokomotivës përmes pantografit, kontakti midis pantografit dhe pantografit është i ndërprerë gjatë udhëtimit të transportit. Kur të dy nuk janë në kontakt, furnizimi me energji mbështetet nga kondensatori i bojës DC-L, dhe kur kontakti rivendoset, gjenerohet mbitension. Rasti më i keq është një shkarkim i plotë nga kondensatori DC-Link kur shkëputet, ku tensioni i shkarkimit është i barabartë me tensionin e pantografit, dhe kur kontakti rivendoset, mbitensionet që rezultojnë janë pothuajse dy herë më të larta se Un-at e punës nominale. Për kondensatorët e filmit, kondensatori DC-Link mund të trajtohet pa konsideratë shtesë. Nëse përdoren kondensatorë elektrolitikë, mbitensionet janë 1.2 Un. Merrni si shembull metronë e Shangait. Un=1500Vdc, për kondensatorin elektrolitik që duhet të merret në konsideratë tensioni është:

Pastaj, gjashtë kondensatorët 450V duhet të lidhen në seri. Nëse përdoret dizajni i kondensatorit me film, tensioni arrihet lehtësisht nga 600Vdc në 2000Vdc ose edhe 3000Vdc. Përveç kësaj, energjia në rastin e shkarkimit të plotë të kondensatorit formon një shkarkim të qarkut të shkurtër midis dy elektrodave, duke gjeneruar një rrymë të madhe hyrëse përmes kondensatorit DC-Link, e cila zakonisht është e ndryshme për kondensatorët elektrolitikë për të përmbushur kërkesat.

Përveç kësaj, krahasuar me kondensatorët elektrolitikë, kondensatorët e filmit DC-Link mund të projektohen për të arritur ESR shumë të ulët (zakonisht nën 10mΩ, dhe madje edhe më të ulët <1mΩ) dhe vetë-induktancë LS (zakonisht nën 100nH, dhe në disa raste nën 10 ose 20nH). Kjo lejon që kondensatori i filmit DC-Link të instalohet direkt në modulin IGBT kur aplikohet, duke lejuar që shufra e autobusit të integrohet në kondensatorin e filmit DC-Link, duke eliminuar kështu nevojën për një kondensator të dedikuar thithës IGBT kur përdoren kondensatorë filmi, duke i kursyer projektuesit një shumë të konsiderueshme parash. Fig. 2 dhe 3 tregojnë specifikimet teknike të disa prej produkteve C3A dhe C3B.

3. Përfundim

Në fillim, kondensatorët DC-Link ishin kryesisht kondensatorë elektrolitikë për shkak të kostos dhe madhësisë.

Megjithatë, kondensatorët elektrolitikë ndikohen nga aftësia për t'i bërë ballë tensionit dhe rrymës (ESR shumë më e lartë krahasuar me kondensatorët e filmit), kështu që është e nevojshme të lidhen disa kondensatorë elektrolitikë në seri dhe paralelisht në mënyrë që të arrihet kapacitet i madh dhe të përmbushen kërkesat e përdorimit të tensionit të lartë. Përveç kësaj, duke marrë parasysh avullimin e materialit të elektrolitit, ai duhet të zëvendësohet rregullisht. Aplikimet e reja të energjisë në përgjithësi kërkojnë një jetëgjatësi produkti prej 15 vjetësh, kështu që duhet të zëvendësohet 2 deri në 3 herë gjatë kësaj periudhe. Prandaj, ka një kosto dhe shqetësim të konsiderueshëm në shërbimin pas shitjes të të gjithë makinës. Me zhvillimin e teknologjisë së veshjes së metalizimit dhe teknologjisë së kondensatorëve të filmit, ka qenë e mundur të prodhohen kondensatorë filtri DC me kapacitet të lartë me tension nga 450V në 1200V ose edhe më të lartë me film ultra të hollë OPP (më i holli 2.7µm, madje 2.4µm) duke përdorur teknologjinë e avullimit të filmit të sigurisë. Nga ana tjetër, integrimi i kondensatorëve DC-Link me shufrën e autobusit e bën dizajnin e modulit të inverterit më kompakt dhe zvogëlon shumë induktancën e humbur të qarkut për të optimizuar qarkun.